串级控制系统在焦炉煤气制天然气项目中应用

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1、串级控制系统在焦炉煤气制天然气项目中应用　　摘要本文结合串级控制回路的控制原理，对串级控制在焦炉煤气制天然气项目中的应用加以阐述。关键词串级控制煤气制天然气中图分类号：F407文献标识码：A1前言我国是焦炭生产大国，2010年全国生产焦炭大约为3.8亿吨，出口335万吨，85%以上的焦炭，用于钢铁冶金企业的生产消费，其中三分之一的生产能力在钢铁联合企业内，三分之二在独立的焦化企业。按每吨焦炭副产约400m3焦炉煤气计算，独立企业每年副产的煤气量在900亿m3以上，除自用，民用和商用燃料外，每年放散的煤气超过500亿m3。随着人们生活水平的提高，环保

2、意识的增强，以及国家环保性可持续发展战略的需要，对每年任意排放的焦炉气量作出了严格的要求。因此将排放到大气中焦炉气转化成污染低，燃烧值高的天然气成为当今发展的必然趋势，也是解决目前缺气地区气荒的较好方法。5在焦炉煤气制天然气整个工艺生产流程中，自动控制系统对项目的成功运行起着举足轻重的作用，本文将就串级控制回路的具体应用加以阐述。2串级控制系统2.1焦炉煤气甲烷化工艺概述焦炉气成分较为复杂，其中CH4、CO、CO2、CnHm体积分数近40%，且氢含量高（体积分数54-59%），通过甲烷化反应，即：    &#

3、160;CO+3H2=CH4+H2O；CO2+4H2=CH4+2H2O     可将绝大部分CO、CO2转化为甲烷，这样焦炉气就变成主要含CH4、H2和少量N2的气体混合物，通过变压吸附气体分离技术可得符合“天然气”国家标准GB178201999及“车用压缩天然气”的国家标准GB180472000中规定的合成天然气或压缩天然气。2.2控制回路构成甲烷合成是焦炉煤气制天然气的核心，反应参数的控制直接影响产品气的质量。本文就合成反应器出口温度的控制来阐述串级调节控制回路。控制回路构成如图2所示。其中，温

4、度变送器TT-0371用于反应器出口温度；流量计FT-0306用于检测循环气出口流量；调节阀FV-0306用于对循环气流量进行调节。图2控制回路流程图52.3设计思想在这里我们采用的是一套串级控制系统。由于串级调节的副回路具有克服强干扰、快速作用的特点，而反应器入口流量的变化又是最需要克服的主要干扰，所以此处将流量调节器设定在副回路；反应器出口温度大小对循环气流量变化产生直接影响，所以将温度调节器设定在主回路，方块图如图3所示。图3回路方框图稳定状态下，反应器内各物料之间的热量和浓度关系保持平衡，炉内温度维持在给定值不变，调节阀FV-0306处于一

5、定的开度，副回路温度调节器FIC-0306和调节阀FV-0306构成控制回路。当反应器入口流量减少时，流量调节器FIC-0306输出信号增加，控制调节阀FV-0306趋向打开，流量增加；反之，当反应器入口流量升高时，流量调节器FIC-0306输出信号减少，控制调节阀TV-0306趋向关闭，流量减少。5若某一时刻，流量计TT-05302检测到反应器入口温度过高时，主回路流量调节器TIC-05371将开始按偏差进行调节，其输出信号将增加，副回路温度调节器FIC-0306跟踪这一变化的给定值而动作，发出相应的信号控制调节阀FV-0306趋向打开，以增加反

6、应器入口流量，保持炉内温度恒定。该过渡过程一直进行到温度恢复正常时才能结束。同理，温度计TT-0371检测到反应器入口流量过低时，主回路流量调节器TIC-0371输出信号将减小，副回路温度调节器FIC-0306跟踪动作发出相应的信号控制调节阀FV-0306趋向关闭，以减小反应器入口流量，保持炉内温度恒定。同样当温度恢复正常值时，该过渡过程结束。在这整个调节过程中，反应器入口流量仍然是变化的，但这种变化不是干扰作用的直接结果，而是温度调节的需要。2.4调节器作用方式的选择从安全角度考虑，当调节器发生故障或仪表供气中断时，应保证反应器温度不会过高，以避

7、免炉内温度继续升高，烧坏炉子，损坏催化剂活性，所以调节阀FV-0306选用的是气关阀，即故障时阀门处于打开的位置。因为反应器入口流量增加要求调节阀FV-0306趋向打开，也就是要求副调节器FIC-0306的输出较少，这时副调节器的换向板应置于“反”向位置，即副调节器采用反作用式。而当反应器出口温度增大时，调节阀FV-0306也趋向打开，此时副调节器FIC-0306的给定值应该减少，即主调节器TIC-05302也采用反作用式。2.5回路特点5串级控制系统在结构上区别于单回路控制系统的主要标志是用一个闭合的副回路代替了原来的一部分对象，所以也可以把整个

8、副回路看作是主回路中的一个环节。本文中由于副回路的存在，当反应器出口温度变化影响到反应器入口流量时，流量调节器FIC-03